Расчет параметров воздуха за каждым элементом ВЗТ позволяет получить действительные параметры рабочего тела на входе в компрессор: давление, величину разрежения, температуру, влажность (рис. 5). После, прохождения фильтров КВОУ, воздуховодов, шумоглушителей и ВНА снижается давление воздуха и как следствие температура (рис. 6).
Потери аэродинамического сопротивления потока воздуха по тракту ВЗТ определяются по формулам Вейсбаха и Дарси [13].
Местные потери сопротивления определяются по одной из разновидностей формулы Вейсбаха, бар:
а) через среднюю скорость потока
∆pМ = ζ ∙ ρНВ ∙ (ω 2 / 2) ∙ 10 – 5 ; (1.1)
б) через объемный расход рабочего тела
∆pМ = ζ ∙ (ρНВ / 2) ∙ (1 / F2) ∙ Q2 ∙ 10 – 5 ; (1.2)
в) или через массовый расход рабочего тела
∆pМ = ζ ∙ (1 / 2) ∙ (1 / ρНВ) ∙ (1 / F2) ∙ G2 ∙ 10 – 5 . (1.3)
Потери давления рабочего тела на трение в канале длиной L определяются по одной из разновидностей формулы Дарси, бар:
а) через среднюю скорость потока
∆pТР = λ ∙ (L / dГ) ∙ ρНВ ∙ (ω 2 / 2) ∙ 10 – 5 ; (1.4)
б) через объемный расход рабочего тела
∆pТР = λ ∙ (L / dГ) ∙ (ρНВ / 2) ∙ (Q2 / F2) ∙ 10 – 5 (1.5)
в) или через массовый расход рабочего тела
∆pТР = λ ∙ (L / dГ) ∙ (1 / 2) ∙ (1 / ρНВ) ∙ (1 / F2) ∙ G2 ∙ 10 – 5 . (1.6)
Здесь: ζ – коэффициент местного гидравлического сопротивления, определяемый по справочной литературе; ρНВ – средняя по сечению плотность рабочего тела, определяемая обычно по параметрам среды на входе, кг/м3; ω – средняя по сечению скорость (ω = Q / F), м/с; F – сечение для прохода рабочего тела (обычно определяется на входе в местное сопротивление или среднее для линейного участка канала), м2; Q – объемный расход рабочего тела, м3/с; G – массовый расход рабочего тела, кг/с; L – длина канала, м; dГ = 4∙F/П – гидравлический диаметр, м; П – смоченный периметр, м; λ = 0,11∙ (68 / Re + ∆Э / dГ)0,25 – коэффициент гидравлического трения для турбулентного режима течения среды (Re > Re*); Re* ≈ 2300 – критическое число Рейнольдса; Re = (ω ∙ dГ) / ν – число Рейнольдса; ν – коэффициент кинематической вязкости, м2 / с.
При отсутствии данных о коэффициентах потерь, падение давления в конфузорном участке ВЗТ, вследствие преобразования части потенциальной энергии рабочего тела (энергии давления) в кинетическую энергию потока, согласно [13] рекомендуется вычислять по формуле Вейсбаха, бар:
∆pКОНФ = ζК ∙ ρНВ ∙ (ωК 2 / 2) ∙ 10 – 5, (1.7)
где: ζК = 0,03 ¸ 0,1 – коэффициент местного гидравлического сопротивления конфузора, учитывающий потери энергии потока на трение и вихреобразование [13]; ρНВ – плотность воздуха согласно рекомендациям [14] в предварительных расчетах берется приближенно по параметрам атмосферного воздуха, кг/м3; ωК = 80 ¸ 100 – скорость потока перед конфузором, м/с.
Таким образом, давление воздуха перед первой ступенью компрессора, определится следующим образом, бар:
p1 = pНВ – ∆pВЗТ = pНВ – (∆pФГО + ∆pФТО + ∆pВВ + ∆pКОНФ). (1.8)
Температура воздуха перед входным направляющим аппаратом (ВНА), то есть перед первой ступенью компрессора, приближенно определится следующим образом, бар:
T1 = (p1 ∙ 102) / (RВ ∙ ρНВ), t1 = T1 – 273,15 OC, (1.9)
где: p1 – бар; T1 – K; ρНВ – кг/м3; RВ = 0,28715 кДж/(кг∙К).
Рис. 5. Схема воздухозаборного тракта (ВЗТ) и теплового укрытия ГТЭ-110:
К – компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; ДИФ. – диффузор соединения ГТ с котлом-утилизатором; КПР – клапан противопомпажной разгрузки; ст. – ступень компрессора (штриховой линией показано предлагаемое решение использования воздуха укрытия ГТД для работы АОС)
Рис. 6. Процессы в h,s -диаграмме изменения состояния воздуха от входа из атмосферы до входа в первую ступень компрессора (до входа в ВНА): характерные точки: А – атмосферный воздух; 1 – воздух на входе в первую ступень компрессора (вход в ВНА); ФГО, ФТО – фильтры грубой и тонкой очистки воздуха; ВВ – воздуховод; Конф. – конфузор; ВНА – входной направляющий аппарат
